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可配置技术影响SoC(系统级芯片)的设计

作者:Kaustubh Patankar、Biswajit Biswas时间:2008-08-04来源:EDN China

  传统上,师必须应对刚性的非可核心技术。众所周知,传统的核心工艺在或制造过程中是不可的,并且不能按多种用途进行定制。反过来,这些工艺产生了如下的迫切需要:将定制程序包括进处理器,多种应用,能进行软件开发的综合工具,简化机器语言编程。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/86573.htm

  随着可配置的核心处理器的出现,有望发生重大变化来改变这些设计问题。影响SOC设计能力的主要益处有:降低开发成本,减少芯片的重新设计、进入各类垂直市场更快,性能的独特性和设计的灵活性,同时不损害系统的特性和性能。此外,SOC设计师还可以对CPU架构进行更改,为某些应用加快器件的速度,使其难以复制。

  目前的可配制核心处理器已出现在多种应用中。这些应用包括无线计算、移动音频和视频播放器、闪存设备、数字机顶盒(STB)、网络设备、成像、工业控制、办公自动化以及消费类电子。

  可配置技术将取代非可配置技术

  根据Semico Research公司的数据,2005年和2006年可配制核心处理器的出货量分别达到13亿和16亿片。2007年可配制核心处理器的出货量预计达28 亿片。世界范围内,可配制技术的使用正在增长,复合年增率(CAGR)达45%,而非可配置技术在过去三年里一直呈现下降趋势,CAGR为8%。

  至于应用板块的增长方面,工业应用(14%)、移动电话(13%)、有线与移动基础设施(12%)以及汽车(11%)仍是可配置核心处理器增长最高的应用领域,而非可配置核心处理器应用增长最快的是打印机(10%)、存贮器(10%)、PC(8%)、固定式消费电器(7%)和移动式消费类设备(5%)。

  尽管存在许多领先的可配置核心(处理器)公司,如Tensilica、ARC、Stretch、PACT XPP、IpFlex、Rapport、IBM Cell以及Morphing Machines公司,但竞争主要是在两种技术之间-可配置与非可配置技术,业界观察家一般都持这样观点。

  虽然可配置核心处理器的市场空间仍在增长,并且与非可配置核心处理器相比,相对处于萌芽期,但是随着有更多公司推出可配置技术来对抗非可配置核心处理器公司,如Intel、ARM和MIPS,可配置方案有望取代如Intel、ARM和MIPS等公司。此外,市场从PC向移动电话,由通用处理器转向专用而成本有效的方案则加快了可配置核心处理器的应用。

  硬件和软件设计挑战

  目前媒体领域在性能、应用和最为重要的硬件解决方案方面正在不断发展。不同于传统的媒体方案,如预定应用范围相当狭小的DSP、FPGA和ASIC,最新的可配置硬件方案灵活、可升级且有成本效益。

  尽管处理器技术有改进,但复杂的算法、协议和媒体市场应用的变化使设计师期待着电源效率高的硬件方案:门电路较小、特性多并具有高端性能。

  这方面的最新趋势是采用可配置处理器、可重新使用的阵列并按应用的需要装入客户的程序。这些架构通过处理海量数据来挖掘数据的并行性和存档性能。新技术通常来源于Tensilica、Stretch和其它可配置核心处理器公司。

  同时,消费类电子依然受到家庭娱乐、便携式和移动应用融合的推动,这些应用正变得越来越复杂的――网络化并且互连-这增加了产品的复杂性。

  有一点需要注意,软件设计师在开发、端口设计和实现软件应用上面临挑战,而这些挑战叠加在这些应用平台上。同样,软件IP提供商也在经历设计、集成、测试和电源管理方面的挑战。

  媒体播放器架构

  Tata Elxsi公司成功的获得了不同应用的支持,其独特的“媒体播放器架构”灵活、可升级、纤小、低维护且跨平台便携,适用于DVD播放器、便携式播放器(PMP)和广播媒体播放器(BMP),它可为数字媒体的任何应用领域所采用。

  这种“媒体播放器架构”的特色包括面向对象的模块式设计;明确的接口;标准化的且分类的错误处理机制;响应信号的回叫(call-back);宽松的耦合结构以及较小的占位面积。

  与开放源代码相比,TataElxsi公司的“媒体播放器架构”具有可重新使用的部分,因此适合于广播媒体。这些部分包括DVB-H和AV回放、 /MPEG-4/HEAAC/MP3解码器支持、MPEG-4录制、JPEG幻灯片放映、播放单管理以及常用 文件格式支持。

  编码器模块式架构

  实现硬件的还有一个挑战是按模块式设计中断连续执行。TataElxsi公司开发了支持基线和主测线的编码器IP。这种编码器在设计时还考虑了:模块式架构、按应用执行架构/模块级、干净的界面以及易于修改和进行接口的算法,定点执行(fixed-point implementation)。

  H264 编码器以TataElxsi公司丰富 的算法为特色,它支持运动预测、速率控制、参考画面选择以及MB型预报,此外它还能分割算法并支持模块式架构。由于可升级,这种架构可以跨可配置处理器、多核处理、DSP阵列和FPGA方案使用,并且已经在不同的硬件方案上做为可配置的或通用处理器来使用。

  结束语

  如同所有的技术趋势一样,处于萌芽而正在成长的可配置核心处理器产业继续以功效为中心,功效的底线是成本的节省。特别是在半导体产业中,与竞争对手相比,这始终是一项优势。用户需求的改变必须用最具成本效益的方案来满足,同时不损害性能,这对进入可配置核心处理器业务提供了广泛的机会。

  Tata Elxsi公司具有丰富的AV编码器/译码器和媒体方案,这些方案的设计始终注意不断变化的硬件平台。这种模块式设计方法适用于软件IP,如用于完成“媒体播放器架构”的AV编码器/译码器。这产生了更快的上市时间和可升级能力的优势。


图1. 可配置技术的应用在世界范围内在增长,复合年增率(CAGR)为45%,
而非可配置核心处理器在过去三年一直呈现下降趋势。

 


图2. 工业、有线和移动基础设施和汽车应用仍是可配置核心处理器增长比例最高的,
而非可配置核心处理器的应用的CAGR不过10%。


图3. 媒体设备的连接网络。

图4. TataElxsi公司的“媒体播放器架构”。


 



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